Реферат
План
Вступ
2. Вплив iонiзуючого випромiнювання на окремi органи i органiзм в цiлому
3. Мутацiї
4. Дiя великих доз iонiзуючих випромiнювань на бiологiчнi об'єкти
5. Два виду опромiнення органiзму: зовнiшнє i внутрiшнє
Лiтература
Вступ
Бiологiчна дiя РАДІАЦІЇ
розвиток життя на Землi. Однак, фiзична дiя радiацiї початок вивчатися тiльки в кiнцi XIX столiття, а її бiологiчнi ефекти на живi органiзми - в серединi XX. Іонiзацiйнi випромiнювання ставляться до тих фiзичним феноменам, якi не вiдчуваються нашими органами чуття, сотнi фахiвцiв, працюючи з радiацiєю, отримали радiацiйнi опiки вiд великих доз опромiнення та померли вiд злоякiсних пухлин, викликаних переопромiнення.
Тим не менш, сьогоднi свiтова наука знає в бiологiчному впливi радiацiї бiльше, нiж про дiю будь-яких iнших чинникiв фiзичної та бiологiчної природи в навколишньому середовищi. При вивченнi дiї радiацiї на живий органiзм були визначенi наступнi особливостi:
• Дiя iонiзуючих випромiнювань на органiзм не вiдчутно людиною. У людей вiдсутня орган почуттiв, який сприймав би iонiзуючi випромiнювання. Існує так званий перiод уявного благополуччя - iнкубацiйний перiод прояви дiї iонiзуючого випромiнювання. Тривалiсть його скорочується при опромiненнi у великих дозах.
• Дiя вiд малих доз може додаватися або накопичуватися.
• Випромiнювання дiє не тiльки на даний живий органiзм, але i на його потомство - це так званий генетичний ефект.
• Рiзнi органи живого органiзму мають свою чутливiсть до опромiнення. При щоденному впливi дози 0,002-0,005 Гр. вже наступають змiни в кровi.
• Не кожен органiзм у цiлому однаково сприймає опромiнення.
• Опромiнення залежить вiд частоти. Одноразове опромiнення у великiй дозi викликає бiльш глибокi наслiдки, нiж фракцiоноване.
1. Прямi й непрямi дiї iонiзуючого випромiнювання
живого органiзму, i, як наслiдок, викликати бiологiчнi змiни. Дiя iонiзуючого випромiнювання вiдбувається на атомному або молекулярному рiвнi, незалежно вiд того, пiддаємося чи ми зовнiшньому опромiненню, або отримуємо радiоактивнi речовини з їжею i водою, що порушує баланс бiологiчних процесiв в органiзмi i призводить до несприятливих наслiдкiв. Бiологiчнi ефекти впливу радiацiї на органiзм людини обумовленi взаємодiєю енергiї випромiнювання з бiологiчною тканиною. Енергiю безпосередньо передається атомам i молекулам бiотканин називають прямою дiєю радiацiї. Деякi клiтини з-за нерiвномiрностi розподiлу енергiї випромiнювання будуть значно пошкодженi.
Одним з прямих ефектiв є канцерогенез або розвиток онкологiчних захворювань. Ракова пухлина виникає, коли соматична клiтина виходить з пiд контролю органiзму i починає активно дiлитися. Першопричиною цього є порушення в генетичному механiзмi, званi мутацiями. При розподiлi ракова клiтина виробляє тiльки раковi клiтини. Одним з найбiльш чутливих органiв до впливу радiацiї є щитовидна залоза. Тому бiотканини цього органу найбiльш вразлива в планi розвитку раку. Не менш сприйнятлива до впливу випромiнювання кров. Лейкоз або рак кровi - один з розповсюджених ефектiв прямого впливу радiацiї. Зарядженi частинки проникають у тканини органiзму, втрачають свою енергiю внаслiдок електричних взаємодiй з електронами атомiв Електричне взаємодiя супроводжує процес iонiзацiї (виривання електрона з нейтрального атома)
"вiльних радикалiв".
активнiстю. Основною ознакою вiльних радикалiв є надлишковi або неспаренi електрони. Такi електрони легко змiщуються зi своїх орбiт i можуть активно брати участь в хiмiчнiй реакцiї. Важливо те, що досить незначнi зовнiшнi змiни можуть призвести до значних змiн бiохiмiчних властивостей клiтин. Примiром, якщо звичайна молекула кисню захопить вiльний електрон, то вона перетворюється в високоактивний вiльний радикал - супероксид. Крiм того, є й такi активнi сполуки, як перекис водню, гiдрооксил i атомарний кисень. Велика частина вiльних радикалiв нейтральна, але деякi з них можуть мати позитивний або негативний заряд.
Якщо число вiльних радикалiв мало, то органiзм має можливiсть їх контролювати. Якщо ж їх стає занадто багато, то порушується робота захисних систем, життєдiяльнiсть окремих функцiй органiзму. Пошкодження, викликанi вiльними радикалами, швидко збiльшуються за принципом ланцюгової реакцiї. Потрапляючи в клiтини, вони порушують баланс кальцiю та кодування генетичної iнформацiї. Такi явища можуть призвести до збоїв у синтезi бiлкiв, що є життєво важливою функцiєю всього органiзму, тому що неповноцiннi бiлки порушують роботу iмунної системи. Основнi фiльтри iмунної системи - лiмфатичнi вузли працюють в перенапруженням режимi i не встигають їх вiдокремлювати. Таким чином, послаблюються захиснi бар'єри i в органiзмi створюються сприятливi умови для розмноження вiрусiв мiкробiв i ракових клiтин.
Вiльнi радикали, що викликають хiмiчнi реакцiї, залучають до цього процесу багато молекули, не зачепленi випромiнюванням. Тому вироблений випромiнюванням ефект обумовлений не лише кiлькiстю поглиненої енергiї, а й тiєю формою, в якiй ця енергiя передається. Нiякий iнший вид енергiї, поглинений бiо - об'єктiв в тiй же кiлькостi, не призводить до таких змiн, якi викликає iонiзуюче випромiнювання. Однак природа цього явища така, що всi процеси, в тому числi i бiологiчнi, врiвноважуються. Хiмiчнi змiни виникають в результатi взаємодiї вiльних радикалiв один з одним або з "здоровими" молекулами Бiохiмiчнi змiни вiдбуваються як у момент опромiнення, так i впродовж багатьох рокiв, що призводить до загибелi клiтин.
Наш органiзм на противагу описаним вище процесам виробляє особливi речовини, якi є свого роду "чистильниками".
Цi речовини (ферменти) в органiзмi здатнi захоплювати вiльнi електрони, не перетворюючись при цьому у вiльнi радикали. У нормальному станi в органiзмi пiдтримується баланс мiж появою вiльних радикалiв i ферментами. Іонiзуюче випромiнювання порушує цю рiвновагу, стимулює процеси росту вiльних радикалiв i призводить до негативних наслiдкiв. Активiзувати процеси поглинання вiльних радикалiв можна, включивши в рацiон харчування антиокислювачi, вiтамiни А, Е, С або препарати, що мiстять селен. Цi речовини знешкоджують вiльнi радикали, поглинаючи їх у великих кiлькостях.
2. Вплив iонiзуючого випромiнювання на окремi органи i органiзм в цiлому
У структурi органiзму можна видiлити два класи систем: керуючу (нервова, ендокринна, iмунна) i життєзабезпечувальна (дихальна, серцево-судинна, травна). Всi основнi обмiннi (метаболiчнi) процеси та каталiтичнi (ферментативнi) реакцiї вiдбуваються на клiтинному та молекулярному рiвнях. Рiвнi органiзацiї органiзму функцiонують у тiснiй взаємодiї i взаємовпливi з боку керуючих систем. Бiльшiсть природних факторiв впливають спочатку на вищестоящi рiвнi, потiм через певнi органи i тканини - на клiтинно-молекулярному рiвнi. Пiсля цього починається вiдповiдна фаза, що супроводжується корективами на всiх рiвнях.
Взаємодiя радiацiї з органiзмом починається з молекулярного рiвня. Пряме вплив iонiзуючого випромiнювання, тому є бiльш специфiчним. Пiдвищення рiвня окислювачiв характерно i для iнших впливiв. Вiдомо, що рiзнi симптоми (температура, головний бiль i iн) зустрiчаються при багатьох хворобах i причини їх рiзнi. Це ускладнює встановлення дiагнозу. Тому, якщо в результатi шкiдливого впливу на органiзм радiацiї не виникає певної хвороби, встановити причину бiльш вiддалених наслiдкiв важко, оскiльки вони втрачають свою специфiчнiсть.
Радiочутливiсть рiзних тканин органiзму залежить вiд бiосинтетичних процесiв i пов'язаної з ними ферментативною активнiстю. Тому найбiльш високою радiо - ураженню вiдрiзняються клiтини кiсткового мозку, лiмфатичних вузлiв, статевi клiтини. Кровоносна система та червоний кiстковий мозок найбiльш уразливi при опромiненнi та втрачають здатнiсть нормально функцiонувати вже при дозах 0,5-1 Гр. Однак, вони мають здатнiсть вiдновлюватися i якщо не всi клiтини враженi, кровоносна система може вiдновити свої функцiї. Репродуктивнi органи, наприклад, насiнники, так само вiдрiзняються пiдвищеною радiочутливостi. Опромiнення понад 2 Гр призводить до постiйного стерильностi. Тiльки через багато рокiв вони можуть повноцiнно функцiонувати. Яєчники менш чутливi, принаймнi, у дорослих жiнок. Але одноразова доза бiльше 3 Гр все ж призводить до їх стерильностi, хоча великi дози при неодноразовому опромiненнi не позначаються на здатностi до дiтородiння.
Дуже сприйнятливий до випромiнювання кришталик ока. Гинучи, клiтини кришталика стають непрозорими, розростаючись, призводять до катарактi, а потiм i до повної слiпоти. Це може статися при дозах близько 2 Гр.
Радiочутливiсть органiзму залежить вiд його вiку. Невеликi дози при опромiненнi дiтей можуть сповiльнити або зовсiм зупинити у них зростання кiсток. Чим менше вiк дитини, тим сильнiше пригнiчується рiст скелета. Опромiнення мозку дитини може викликати змiни в його характерi, привести до втрати пам'ятi. Кiстки i мозок дорослої людини здатнi витримати набагато бiльшi дози. Вiдносно великi дози здатнi витримувати бiльшiсть органiв. Нирки витримують дозу близько 20 Гр., отриману протягом мiсяця, печiнка - близько 40 Гр., сечовий мiхур - 50 Гр., а зрiла хрящова тканина - до 70 Гр. Чим молодший органiзм, тим за iнших рiвних умовах, вiн бiльш чутливий до впливу радiацiї.
Видова радiочутливiсть зростає в мiру ускладнення органiзму. Це пояснюється тим, що в складних органiзмах бiльше слабких ланок, що викликають ланцюговi реакцiї виживання. Цьому сприяють i бiльш складнi системи керування (нервова, iмунна), якi частково або повнiстю вiдсутнi в бiльш примiтивних особинах. Для мiкроорганiзмiв дози, що викликають 50% смертностi, становлять тисячi Гр., для птахiв - десятки, а для високоорганiзованих ссавцiв - одиницi (рис. 2. 15).
3. Мутацiя
ДНК - це дезоксирибонуклеї́новакислота, що складається з довгих, закруглених молекул у виглядi подвiйної спiралi. Функцiя її полягає в забезпеченнi синтезу бiлкових молекул бiльшостi з яких складаються амiнокислоти. Ланцюжок молекули ДНК складається з окремих дiлянок, якi кодуються спецiальними бiлками, утворюючи так званий ген людини.
Радiацiя може або убити клiтку, або спотворити iнформацiю в ДНК так, що з часом з'являться дефектнi клiтини. Змiна генетичного коду клiтини називають мутацiєю. Якщо мутацiя вiдбувається в яйцеклiтинi сперми, наслiдки можуть бути вiдчутнi i в далекому майбутньому, тому що при заплiдненнi утворюються 23 пари хромосом, кожна з яких складається зi складного речовини, званого дезоксирибонуклеї́новою кислотою. Тому мутацiя, яка виникає в статевiй клiтинi, називається генетичною мутацiєю i може передаватися наступним поколiнням.
далi на домiнантнi (якi виявляються вiдразу в першому поколiннi) i рецесивнi (якi можуть проявитися в тому випадку, якщо в обох батькiв мутантним є один i той же ген). Такi мутацiї можуть не проявитися протягом багатьох поколiнь або не виявитися взагалi. Мутацiя в самотических клiтин буде впливати тiльки на сам iндивiд. Викликанi радiацiєю мутацiї не вiдрiзняються вiд природних, однак при цьому збiльшується сфера шкiдливого впливу.
Описанi мiркування заснованi лише на лабораторних дослiдженнях тварин. Прямих доказiв радiацiйних мутацiй у людини поки немає, тому що повне виявлення всiх спадкоємних дефектiв вiдбувається лише протягом багатьох поколiнь.
Однак, як пiдкреслює Джон Гофман, недооцiнка ролi хромосомних порушень, заснована на затвердження "їх значення нам невiдомо", є класичним прикладом рiшень, що приймаються невiглаством. Допустимi дози опромiнення були встановленi ще задовго до появи методiв, що дозволяють встановити тi сумнi наслiдки, до яких вони можуть призвести нiчого не пiдозрюють людей i їхнiх нащадкiв.
4. Дiя великих доз iонiзуючого випромiнювання на бiологiчнi об'єкти
"Виживанiсть" клiтини пiсля опромiнення залежить одночасно вiд низки причин: вiд обсягу генетичного матерiалу, активностi енергозабезпечуючих систем, спiввiдношення ферментiв, iнтенсивностi утворення вiльних радикалiв Н i ОН.
16).
Органiзм людини, як досконала природна система, ще бiльш чутливий до радiацiї. Якщо людина перенесла загальне опромiнення дозою 100-200 радий, то у нього через кiлька днiв з'являться ознаки променевої хвороби в легкiй формi. Її ознакою може служити зменшення числа бiлих кров'яних клiтин, яке встановлюється при аналiзi кровi. Суб'єктивним показником для людини є можлива блювота в першу добу пiсля опромiнення.
Середня ступiнь тяжкостi променевої хвороби спостерiгається у осiб, якi зазнали впливу випромiнювання в 250-400 радий. У них рiзко знижується вмiст лейкоцитiв (бiлих кров'яних клiтин) у кровi, спостерiгається нудота i блювота, з'являються пiдшкiрнi крововиливи. Летальний результат спостерiгається у 20% опромiнених через 2-6 тижнiв пiсля опромiнення.
Дуже важка форма променевої хвороби виникає при опромiненнi дозою вище 600 радий. Лейкоцити в кровi повнiстю зникають. Смерть настає в 100% випадкiв.
Описанi вище наслiдки радiацiйного опромiнення характернi для випадкiв, коли медичну допомогу вiдсутня.
Для лiкування опромiненого органiзму сучасна медицина широко застосовує такi методи, як крово - замiщення, пересадка кiсткового мозку, введення антибiотикiв, а також iншi методи iнтенсивної терапiї. При такому лiкуваннi можливо виключити смертельний результат навiть при опромiненнi дозою до 1000 рад. Енергiя, яку випромiнює радiоактивними речовинами, поглинається навколишнiм середовищем, у тому числi i бiологiчними об'єктами. У результатi впливу iонiзуючого випромiнювання на органiзм людини в тканинах можуть вiдбуватися складнi фiзичнi, хiмiчнi та бiохiмiчнi процеси.
Іонiзуюче вплив порушує в першу чергу нормальний перебiг бiохiмiчних процесiв i обмiн речовин. Залежно вiд величини поглиненої дози випромiнювання та iндивiдуальних особливостей органiзму викликанi змiни можуть бути зворотними або необоротними. При невеликих дозах уражена тканина вiдновлює свою функцiональну дiяльнiсть. Великi дози при тривалiй дiї можуть викликати незворотне ураження окремих органiв або всього органiзму. Будь-який вид iонiзуючих випромiнювань викликає бiологiчнi змiни в органiзмi як при зовнiшньому (джерело знаходиться поза органiзмом), так i при внутрiшньому опромiненнi (радiоактивнi речовини попадають усередину органiзму, наприклад, з їжею або iнгаляцiйним шляхом). Розглянемо дiю iонiзуючого випромiнювання, коли джерело опромiнення знаходиться поза органiзмом.
Бiологiчних ефект iонiзуючого випромiнювання в даному випадку залежить вiд сумарної дози й часу впливу випромiнювання, його виду, розмiрiв опромiнюваної поверхнi та iндивiдуальних особливостей органiзму. При одноразовому опромiненнi всього тiла людини можливi бiологiчнi порушення залежно вiд сумарної поглиненої дози випромiнювання.
смертельну поглинену дозу опромiнення всього тiла. Смертельнi поглиненi дози для окремих частин тiла наступнi: голова - 20 Гр., нижня частина живота - 30 Гр., верхня частина живота - 50 Гр., грудна клiтка - 100 Гр., кiнцiвки - 200 Гр.
Ступiнь чутливостi рiзних тканин до опромiнення неоднакова. Якщо розглядати тканини органiв у порядку зменшення їх чутливостi до дiї опромiнювання, то одержимо наступну послiдовнiсть: лiмфатична тканина, лiмфатичнi вузли, селезiнка, зобної залiза, кiстковий мозок, зародковi клiтини. Велика чутливiсть кровотворних органiв до радiацiї лежить в основi визначення характеру променевої хвороби.
При одноразовому опромiненнi всього тiла людини поглиненою дозою 0,5 Гр через добу пiсля опромiнення може рiзко скоротитися число лiмфоцитiв. Зменшується також i кiлькiсть еритроцитiв (червоних кров'яних тiлець) пiсля закiнчення двох тижнiв пiсля опромiнення. У здорової людини налiчується порядку 10 4 червоних кров'яних тiлець, причому щодня виробляється 10. У хворих на променеву хворобу таке спiввiдношення порушується i в результатi органiзм гине.
Важливим фактором при впливi iонiзуючого випромiнювання на органiзм є час опромiнення. Зi збiльшенням потужностi дози вражаюча дiя випромiнювання зростає. Чим бiльше дрiбно випромiнювання за часом, тим менше його вражаюча дiя (рис. 2. 17).
Зовнiшнє опромiнення альфа-, а також бета-частками менш небезпечне. Вони мають невеликий пробiг у тканинi й не досягають кровотворних i iнших внутрiшнiх органiв. При зовнiшньому опромiненнi необхiдно враховувати гамма-та нейтронне опромiнення, якi проникають у тканину на бiльшу глибину й руйнують її, про що бiльш докладно розповiдалося вище.
Іонiзуюче випромiнювання може двома способами чинити вплив на людину. Перший спосiб - зовнiшнє опромiнення вiд джерела, розташованого поза органiзмом, яке в основному залежить вiд радiацiйного фону мiсцевостi на якiй проживає людина або вiд iнших зовнiшнiх факторiв. Другий - внутрiшнє опромiнення, зумовлене надходженням всередину органiзму радiоактивної речовини, головним чином з продуктами харчування.
Продукти харчування, що не вiдповiдають нормам радiацiйним, мають пiдвищений вмiст радiонуклiдiв, iнкорпорує з їжею i стають джерелом випромiнювання безпосередньо всерединi органiзму.
Велику небезпеку становлять продукти харчування i повiтря, що мiстять iзотопи плутонiю i америцiю, якi мають високу альфа активнiстю. Плутонiй, що випав в результатi Чорнобильської катастрофи, є найнебезпечнiшим канцерогенною речовиною. Альфа випромiнювання має високий ступiнь iонiзацiї i, отже, велику вражаючу здатнiсть для бiологiчних тканин.
Попадання плутонiю, а також америцiю через дихальнi шляхи в органiзм людини викликає онкологiю легеневих захворювань. Проте слiд врахувати, що ставлення загальної кiлькостi плутонiю i його еквiвалентiв америцiю, кюрiя до загальної кiлькостi плутонiю, що потрапив в органiзм iнгаляцiйним шляхом незначно. Як встановив Беннетт, при аналiзi ядерних випробувань в атмосферi, на територiї США спiввiдношення випадiння та iнгаляцiї одно 2,4 млн. до 1, тобто переважна бiльшiсть альфа-мiстять радiонуклiдiв вiд випробувань ядерної зброї пiшли в землю не надавши впливу на людину. У викидах Чорнобильського слiду спостерiгалися також частинки ядерного палива, так званi гарячi частинки розмiром близько 0,1 мiкрона. Цi частинки також можуть проникати iнгаляцiйним шляхом в легенi i представляти серйозну небезпеку.
Зовнiшнє i внутрiшнє опромiнення вимагають рiзнi запобiжнi заходи, якi повиннi бути прийнятi проти небезпечного дiї радiацiї.
Зовнiшнє опромiнення в основному створюється гамма мiстять радiонуклiдами, а також рентгенiвським випромiнюванням. Його вражаюча здатнiсть залежить вiд:
а) енергiї випромiнювання;
б) тривалостi дiї випромiнювання;
г) захисних заходiв.
Для захисних заходiв вiд зовнiшнього опромiнення використовуються в основному свинцевi та бетоннi захиснi екрани на шляху випромiнювання. Ефективнiсть застосування матерiалу як екран для захисту вiд проникнення рентгенiвських або гамма-променiв залежить вiд щiльностi матерiалу, а також вiд концентрацiї мiстяться в ньому електронiв.
а) з їжею;
б) через дихальнi шляхи з повiтрям;
в) через пошкодження на шкiрi.
Слiд зазначити, що радiоактивнi елементи плутонiй i америцiй проникають в органiзм в основному з їжею або при диханнi i дуже рiдко через пошкодження шкiри.
Як зазначає Дж. Холл, органи людини реагують на що надiйшли в органiзм речовини виходячи виключно з хiмiчної природи останнiх, незалежно вiд того, є вони радiоактивними чи нi. Хiмiчнi елементи такi як натрiй i калiй, входять до складу всiх клiтин органiзму. Отже, їх радiоактивна форма, введена в органiзм, буде також розподiлена по всьому органiзму. Іншi хiмiчнi елементи мають схильнiсть накопичуватися в окремих органах, як це вiдбувається з радiоактивним йодом в щитовиднiй залозi або кальцiєм в кiстковiй тканинi.
Проникнення радiоактивних речовин з їжею всередину органiзму суттєво залежить вiд їх хiмiчної взаємодiї. Встановлено, що хлорована вода збiльшує розчиннiсть плутонiю, i як наслiдок iнкорпорацiю його у внутрiшнi органи.
Пiсля того, як радiоактивна речовина потрапила в органiзм, слiд враховувати величину енергiї та вид випромiнювання, фiзичний i бiологiчний перiод напiврозпаду радiонуклiду. Бiологiчним перiодом напiввиведення називають час, який необхiдно для виведення з органiзму половини радiоактивної речовини. Деякi радiонуклiди виводяться з органiзму швидко, i тому не встигають завдати великої шкоди, у той час як iншi зберiгаються в органiзмi протягом значного часу.
- найбiльш важливим у визначеннi сумарної величини випромiнювання. Орган, найбiльш схильний до дiї радiоактивної речовини називають критичним. Для рiзних критичних органiв розробленi нормативи, що визначають допустимий вмiст кожного радiоактивного елемента. На пiдставi цих даних створенi документи, що регламентують допустимi концентрацiї радiоактивних речовин в атмосферному повiтрi, питнiй водi, продуктах харчування. У Бiлорусi у зв'язку з аварiєю на ЧАЕС дiють Республiканськi допустимi рiвнi вмiсту радiонуклiдiв цезiю та стронцiю в харчових продуктах та питнiй водi (РДУ-92). У Гомельськiй областi введено за деякими харчовим продуктам харчування, наприклад дитячого, бiльш жорсткi нормативи. З урахуванням усiх перерахованих вище факторiв i нормативiв, пiдкреслимо, що середньорiчна ефективна еквiвалентна доза опромiнення людини не повинна перевищувати 1 мЗв на рiк.
Лiтература
2. М. М. Ткаченко, "Радiологiя (променева дiагностика та променева терапiя)"
3. А. В. ШУМАКОВ Короткий посiбник з радiацiйної медицини Луганськ -2006
4. Бекман І. М. Лекцiї з ядерної медицини
5. Л. Д. Лiнденбратен, Л. Б. Наумов Медична рентгенологiя. М. Медицина 1984
6. П. Д. Хазов, М. Ю. Петрова. Основи медичної радiологiї. Рязань, 2005
7. П. Д. Хазов. Променева дiагностика. Цикл лекцiй. Рязань. 2006
| 
